Трудно представить жизнь современного человека без использования огня. Благодаря ему люди живут в комфортных условиях - в теплых дома, освещенных помещениях, питаются вкусной пищей и ежедневно пользуются предметами, созданными при помощи пламени. Процесс добычи и подчинения огня был очень сложным и длинным. Благодаря древнему человеку, мы можем пользоваться этим ресурсом.

Роль огня в жизни первобытного человека

Полтора миллиона лет назад человек смог подчинить себе огонь. Древний человек смог создать себя освещение, теплый дом, вкусную еду и защиту от хищников.

Укрощение огня человеком - довольно длинный процесс. По легендам первый огонь, котором смог пользоваться человек, был небесный огонь. Птица феникс, Прометей, Гефест, бог Агни, жар-птица - они были богами и существами, приносящими людям огонь. Человек обожествлял природные явления - молнию и извержение вулканов. Он добывал огонь, поджигая факелы от других, естественных возгораний. Первые попытки добычи огня дали человеку возможность согреваться в зимнюю пору, освещать территории в ночное время и обороняться от постоянных атак хищных животных.

После длительного использования естественного огня, у человека появилась необходимость самостоятельной добычи этого ресурса, ведь природный огонь был доступен не всегда.

Первым способом добычи пламени стало высекание искры. Человек долгое время наблюдал, как столкновение некоторых предметов вызывает маленькую искорку, и решил найти ей применение. Для этого процесса у людей были специальные приспособления из призматических камней, являвшимися огневищами. Человек бил по огневищам шероховатыми призматическими ножами, вызывая искру. Позже огонь добывался немного другим способом - использовали кремень и огниво. Воспламеняющимися искрами поджигали мох и пух.

Трение являлось еще одним способом добычи огня. Люди быстро вращали между ладонями сухие ветви и палки, вставленные в древесное отверстие. Таким способом добычи пламени пользовались у народов Австралии, Океании, Индонезии, в племенах кукукуку и мбовамбов.

Позже человек научился добывать огонь сверлением с помощью лучка. Этот метод упростил жизнь древнему человеку - больше не приходилось прикладывать много усилий, вращая палку ладонями. Воспламененным очагом можно было пользоваться 15 минут. От него люди поджигали тонкую бересту, сухой мох, паклю и опилки.

Таким образом огонь сыграл главенствующую роль в развитии человечества. Помимо того, что он стал источником света, тепла и защитой, также он отразился и на интеллектуальном развитии древних людей.

Благодаря использованию огня, у человека появилась потребность и возможность постоянной деятельности - его нужно было добывать и поддерживать. При этом надо было следить за тем, чтобы он не перенесся на дома и не был затушен внезапным ливнем. Именно в этот момент начало формироваться разделение труда между мужчинами и женщинами.

Огонь служил незаменимым средством при изготовлении и обработке оружия и посуды. А главное - он дал человеку возможность освоения новых земель.

Роль огня в жизни современного человека

Жизнь современного человека невозможно представить без огня. Практически все, чем пользуются люди основано на огне. Благодаря ему в домах тепло и светло. Человек ежедневно использует энергию огня в быту. Люди готовят, стирают, убирают. Свет, электричество, отопление и газ - всего этого не было бы без маленькой искры.

На различных предприятиях также используется энергия огня. Для того, чтобы изготовить машину, самолет, тепловоз и обычную вилку, необходим металл. Именно с помощью огня человек добывает его - плавит руду.

Обычная зажигалка горит при помощи немного измененного метода древних людей - усовершенствованного огнева. В газовых зажигалках используется механическая искра, а в электрозажигалках - электрическая.

Огонь используется практически в любой человеческой деятельности - керамическом производстве, металлургии, стекловарении, паровых машинах, химической промышленности, транспорте и ядерной энергетике.

В разделе на вопрос Что такое огонь с точки зрения физики? заданный автором Колосовые лучший ответ это Мне кажется, автора интересует именно сама механика процесса: как молекулы сближаются, далее, какие развиваются при этом силы, которые, собс-но, и приводят к увеличению их тепловой скорости.
Это вполне осмысленный, нормальный и, добавлю, неизбежный научный вопрос. Но я, ес-но, ответа на него не знаю - тут нужны достаточно узкие специалисты, типа химфизиков или физхимиков. Есть такое направление - кажется, физика горения называется.

Ответ от »Ecio Auditore de Firence..>© [новичек]
а ты в школе учился?

Ответ от Прослойка [гуру]
Газы раскаляются из-за тепла, которое выделяется в процессе реакции окисления - соединение атомов элементов (С, Н, S, N и пр) . с кислородом

Ответ от V Kaulio [новичек]
плазма

Ответ от Вровень [гуру]
"Так с хера ли они расскалились? что происходит с молекулами, чтобы газы расскалялись? "
Экзотермическая реакция окисления. При перестройке химических связей выделяется энергия, т. е. происходит увеличение скорости движения молекул (это называется "повышение температуры") и свечению (атомы переходят в возбужденное состояние, а потом возвращаются на более низкий энергетический уровень с испусканием фотона) .
Почитайте в Википедии про низкотемпературную плазму.
Только при чем тут философский подтекст? Натурфилософия уже давно превратилась в ряд естественных наук, в том числе физику. А философия больше к подобным вопросам касательства не имеет.

Ответ от Proteirei [гуру]
Процесс сгорания кислорода.
Википедия:
Ого́нь - в узком смысле, совокупность раскалённых газов и плазмы, выделяющихся в результате:
произвольного/непроизвольного нагревания горючего материала до определённой точки (здесь и далее под горючими материалами понимаются такие материалы, как древесина, а не вступившие в реакцию компоненты, например, сера) ;
химической реакции;
соприкосновения тока высокого напряжения с горючим материалом.
Огонь является основной фазой процесса горения и имеет свойство к самораспространению по затронутым им другим горючим материалам. Собственная температура огня зависит от источника, вызвавшего реакцию воспламенения и/или от материалов, участвующих в реакции горения.
В военном деле под «огнём» понимается стрельба из огнестрельного оружия (пулями или другими снарядами) . Такой смысл слово обрело по причине того, что первые образцы огнестрельного оружия были фитильными. Отсюда же команда "Пли".

Quest Pistols Show на Википедии
Посмотрите статью на википедии про Quest Pistols Show

Которое представляет собой экзотермическую реакцию, в которой окислитель, обычно кислород, окисляет горючее, обычно углерод, в результате чего возникают продукты сгорания, такие как диоксид углерода, вода, тепло и свет. Типичный пример – горение метана:

CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O

Тепло, возникающее при горении, может использоваться для питания самого горения, и в случае, когда этого достаточно и дополнительной энергии для поддержания горения не требуется, возникает огонь. Чтобы остановить огонь, можно удалить горючее (отключить горелку на плите), окислитель (накрыть огонь специальным материалом), тепло (сбрызнуть огонь водой) или саму реакцию.

Горение, в некотором смысле, противоположно фотосинтезу , эндотермической реакции, в которую вступают свет, вода и диоксид углерода, в результате чего возникает углерод.

Есть искушение предположить, что при сжигании дерева используются углерод, находящийся в целлюлозе . Однако, судя по всему, происходит нечто более сложное . Если подвергнуть дерево воздействию тепла, оно подвергается пиролизу (в отличие от горения, не требующему кислорода), преобразующий её в более горючие вещества, такие, как газы, и именно эти вещества загораются при пожарах.

Если дерево горит достаточно долго, пламя исчезнет, но тление продолжится, и в частности дерево продолжит светиться. Тление – это неполное горение , в результате которого, в отличие от полного горения, возникает монооксид углерода .

Повседневные объекты постоянно излучают тепло, большая часть которого находится в инфракрасном диапазоне. Его длина волны больше, чем у видимого света, поэтому без специальных камер его не увидеть. Огонь достаточно ярок для того, чтобы выдавать видимый свет, хотя и инфракрасного излучения у него хватает.

Другой механизм возникновения цвета у огня – спектр излучения сжигаемого объекта. В отличие от излучения АЧТ, спектр излучения имеет дискретные частоты. Это происходит благодаря тому, что электроны порождают фотоны на определённых частотах, переходя из высокоэнергетического в низкоэнергетическое состояние. Эти частоты можно использовать для определения присутствующих в пробе элементов. Схожая идея (использующая спектр поглощения) используется для определения состава звёзд. Спектр излучения также отвечает за цвет фейерверков и цветного огня .

Форма пламени на Земле зависит от гравитации. Когда огонь разогревает окружающий воздух, происходит конвекция : горячий воздух, содержащий, помимо прочего, горячую золу, поднимается, а холодный (содержащий кислород), опускается, поддерживая огонь и придавая пламени его форму. При низкой гравитации, к примеру, на космической станции, этого не происходит. Огонь питается диффузией кислорода, поэтому горит медленнее и в виде сферы (поскольку горение происходит только там, где огонь соприкасается с содержащим кислород воздухом. Внутри сферы кислорода не остаётся).

Излучение абсолютно чёрного тела

Излучение АЧТ описывает формула Планка , относящаяся к квантовой механике. Исторически она была одной из первых применений квантовой механики. Её можно вывести из квантовой статистической механики следующем образом.

Мы подсчитываем распределение частот в фотонном газе при температуре T. То, что оно совпадает с распределением частот фотонов, испускаемых абсолютно чёрным телом той же температуры, следует из закона излучения Кирхгофа . Идея в том, что АЧТ можно привести в температурное равновесие с фотонным газом (поскольку у них одинаковая температура). Фотонный газ поглощается ЧТ, также испускающим фотоны, так что для равновесия необходимо, чтобы для каждой частоты, на которой ЧТ испускает излучение, оно и поглощало бы его с той же скоростью, что определяется распределением частот в газе.

В статистической механике вероятность нахождения системы в микросостоянии s, если оно находится в тепловом равновесии при температуре T, пропорциональна

Где E s - энергия состояния s, а β = 1 / k B T, или термодинамическая бета (Т – температура, k B - постоянная Больцмана). Это распределение Больцмана . Одно из объяснений этого дано в блогпосте Теренса Тао. Это значит, что вероятность равна

P s = (1/Z(β)) * e - β E s

Где Z(β) – нормализующая константа

Z(β) = ∑ s e - β E s

Для описания состояния фотонного газа нужно знать что-то по поводу квантового поведения фотонов. При стандартном квантовании электромагнитного поля поле можно рассматривать как набор квантовых гармонических осцилляций , каждая из которых осциллирует с разными угловыми частотами ω. Энергии собственных состояний гармонического осциллятора обозначаются неотрицательным целым n ∈ ℤ ≥ 0 , которое можно интерпретировать, как количество фотонов частоты ω. Энергии собственных состояний (с точностью до константы):

В свою очередь, квантовая нормализующая константа предсказывает, что на низких частотах (относительно температуры) классический ответ приблизительно верен, но на высоких средняя энергия экспоненциально падает, при этом падение получается большим при меньших температурах. Это происходит потому, что на высоких частотах и низких температурах квантовый гармонический осциллятор большую часть времени проводит в основном состоянии, и не переходит так легко на следующий уровень, что вероятность чего экспоненциально ниже. Физики говорят, что большая часть этой степени свободы (свободы осциллятора колебаться на определённой частоте) «замораживается».

Плотность состояний и формула Планка

Теперь, зная, что происходит на определённой частоте ω, необходимо просуммировать по всем возможным частотам. Эта часть вычислений классическая и никаких квантовых поправок делать не надо.

Мы используем стандартное упрощение, что фотонный газ заключён в объём со стороной длиной в L с периодическими граничными условиями (то есть, реально это будет плоский тор T = ℝ 3 / L ℤ 3). Возможные частоты классифицируются по решениям уравнения электромагнитных волн для стоячих волн в объёме с указанными граничными условиями, которые, в свою очередь, соответствуют, с точностью до множителя, собственным значениям лапласиану Δ. Точнее, если Δ υ = λ υ, где υ(x) – гладкая функция T → ℝ, тогда соответствующее решение уравнения электромагнитной волны для стоячей волны будет

υ(t, x) = e c √λ t υ(x)

И поэтому, учитывая, что λ обычно отрицательная, и значит, √λ обычно мнимый, соответствующая частота будет равна

ω = c √(-λ)

Такая частота встречается dim V λ раз, где V λ - λ-собственное значение лапласиана.

Упрощаем мы условия при помощи объёма с периодическими граничными условиями потому, что в этом случае очень просто записать все собственные функции лапласиана. Если использовать для простоты комплексные числа, то они определяются, как

υ k (x) = e i k x

Где k = (k 1 , k 2 , k 3) ∈ 2 π / L * ℤ 3 , волновой вектор . Соответствующее собственное значение лапласиана будет

λ k = - | k | 2 = - k 2 1 - k 2 2 - k 2 3

Соответствующей частотой будет

И соответствующей энергией (одного фотона этой частоты)

E k = ℏ ω k = ℏ c |k|

Здесь мы аппроксимируем вероятностное распределение по возможным частотам ω k , которые, строго говоря, дискретны, непрерывным вероятностным распределением, и подсчитываем соответствующую плотность состояний g(ω). Идея в том, что g(ω) dω должна соответствовать количеству доступных состояний с частотами в диапазоне от ω до ω + dω. Затем мы проинтегрируем плотность состояний и получим окончательную нормализующую константу.

Почему эта аппроксимация разумна? Полную нормализующую константу можно описать следующим образом. Для каждого волнового числа k ∈ 2 π / L * ℤ 3 существует число n k ∈ ℤ ≥0 , описывающее количество фотонов с таким волновым числом. Общее количество фотонов n = ∑ n k конечно. Каждый фотон добавляет к энергии ℏ ω k = ℏ c |k|, из чего следует, что

Z(β) = ∏ k Z ω k (β) = ∏ k 1 / (1 - e -βℏc|k|)

По всем волновым числам k, следовательно, его логарифм записывается, как сумма

Log Z(β) = ∑ k log 1 / (1 - e -βℏc|k|)

И эту сумму мы хотим аппроксимировать интегралом. Оказывается, что для разумных температур и больших объёмов подынтегральное выражение меняется очень медленно с изменением k, поэтому такая аппроксимация будет весьма близкой. Она перестаёт работать только при сверхнизких температурах, где возникает конденсат Бозе-Эйнштейна .

Плотность состояний вычисляется следующим образом. Волновые векторы можно представить в виде равномерных точек решётки, живущих в «фазовом пространстве», то есть, количество волновых векторов в некоем регионе фазового пространства пропорционально его объёму, по крайней мере, для регионов, крупных по сравнению с шагом решётки 2π/L. По сути, количество волновых векторов в регионе фазового пространства равно V/8π 3 , где V = L 3 , наш ограниченный объём.

Остаётся вычислить объём региона фазового пространства для всех волновых векторов k с частотами ω k = c |k| в диапазоне от ω до ω + dω. Это сферическая оболочка толщиной dω/c и радиусом ω/c, поэтому её объём

2πω 2 /c 3 dω

Поэтому плотность состояний для фотона

G(ω) dω = V ω 2 / 2 π 2 c 3 dω

На самом деле эта формула в два раза занижена: мы забыли учесть поляризацию фотонов (или, что эквивалентно, спин фотона), которая удваивает количество состояний для данного волнового числа. Правильная плотность:

G(ω) dω = V ω 2 / π 2 c 3 dω

То, что плотность состояний линейна в объёме V работает не только в плоском торе. Это свойство собственных значений лапласиана по закону Вейла . Это значит, что логарифм нормализующей константы

Log Z = V / π 2 c 3 ∫ ω 2 log 1 / (1 - e - βℏω) dω

Производная по β даёт среднюю энергию фотонного газа

< E > = - ∂/∂β log Z = V / π 2 c 3 ∫ ℏω 3 / (e βℏω - 1) dω

Но для нас важно подынтегральное выражение, дающее «плотность энергий»

E(ω) dω = Vℏ / π 2 c 3 * ω 3 / (e βℏω - 1) dω

Описывающее количество энергии фотонного газа, происходящее от фотонов с частотами из диапазона от ω до ω + dω. В итоге получилась форма формулы Планка, хотя с ней нужно немного поиграть, чтобы превратить в формулу, относящуюся к АЧТ, а не к фотонным газам (нужно поделить на V, чтобы получить плотность в единице объёма, и проделать ещё кое-что, чтобы получить меру излучения).

У формулы Планка есть два ограничения. В случае, когда βℏω → 0, знаменатель стремится к βℏω, и мы получаем

E(ω) dω ≈ V / π 2 c 3 * ω 2 /β dω = V k B T ω 2 / π 2 c 3 dω

Теги: Добавить метки

• ОГО́НЬ , огня́ , м.

  1. только ед. ч. Раскаленные светящиеся газы вокруг горящего предмета; пламя. Развести огонь. Сгореть в огне. Греться у огня. Охватить огнем. □ Ермолай сидел ко мне спиною и подкладывал щепки в огонь. Тургенев, Ермолай и мельничиха. Пожары в высохших болотах - самое страшное, что можно испытать в этих краях. От них нельзя спастись: огонь идет очень быстро. Паустовский, Мещорская сторона. || перен. ( в сочетании с сущ. „любовь“, „негодование“ и т. п.). Чувство, с силой овладевшее кем-л., охватившее кого-л. и т. п. О муза! --- Могучей силой вдохновенья Страданья тела победи, Любви, негодованья, мщенья Зажги огонь в моей груди! Н. Некрасов, Последние песни. - [Данко] любил людей и думал, что, может быть, без него они погибнут. И вот его сердце вспыхнуло огнем желания спасти их. М. Горький, Старуха Изергиль. || перен. Страстность, живость, душевный подъем, пыл. Нам дорога твоя отвага, Огнем душа твоя полна. Лермонтов, <К Н. И. Бухарову>. Игра Сусанны [на фортепьяно] меня поразила несказанно: я не ожидал такой силы, такого огня, такого смелого размаха. Тургенев, Несчастная. - Вы все очень талантливы, очень молоды, в вас столько огня. Инбер, Место под солнцем. || О ком-л. отличающемся горячим, пылким нравом, порывистостью и т. п. [Живновский:] Насчет этой исполнительности, я, просто, не человек, а огонь! Люблю, знаете, распорядиться. Салтыков-Щедрин, Губернские очерки. - Вот как перед истинным, сорок два с полтиной отдал… огонь, а не лошадь. Серафимович, Чибис.

  2. Свет от осветительных приборов. Зажечь огонь. Погасить огонь. □ Две первые комнаты были темны, в третьей был огонь. Пушкин, Станционный смотритель. Ужинали уж при огне. О. Спиридон все поглядывал на окно и угнетенно вздыхал. Мамин-Сибиряк, Искушение о. Спиридона. Я пришел поздно, но в Павликовой хате еще светил огонь. Соколов-Микитов, На пнях. || Светящаяся точка, пятно света. Видны были только тускнеющие огни оставленной гавани. Чехов, В море. На одной из них [барж] двигался огонь, кто-то ходил с фонарем. М. Горький, Челкаш. За темными стеклами окон мерцали огни города. Добровольский, Трое в серых шинелях. || перен. Блеск глаз (обычно как отражение какого-л. внутреннего состояния человека). Зубы в деснах ослабели, И потух огонь очей. Пушкин, Ода LVI. У Чубарова в глазах забегали веселые огни. Короленко, Прохор и студенты. Глаза деда горят молодым огнем. Соколов-Микитов, Над синей тайгой.

  3. только ед. ч. Стрельба, обстрел. Вести огонь. Прекратить огонь. Попасть под огонь. Перекрестный огонь. Линия огня. □ Более двух тысяч мятежников наскакали со всех сторон и открыли огонь из девяти орудий. Пушкин, История Пугачева. Огонь врага был неприцельным, и пули шли вслепую, никого из нас не задевая. Г. Линьков, Война в тылу врага.

  Антонов огонь см. антонов .
  Бенгальский огонь см. бенгальский .
  Блуждающие огни см. блуждающий .
  Сторожевые огни см. сторожевой .
  В огне - 1) в жару, в горячечном состоянии. [Нина:] Я, кажется, больна, И голова в огне - поди сюда поближе, Дай руку - чувствуешь, как вся горит она? Лермонтов, Маскарад. - Захворала [мать], в огне вся лежит. Серафимович, Сережа; 2) в бою, в сражении. Это был Невский полк, целый день бывший в огне и возвращавшийся в лагерь, так как он расстрелял все патроны. Гаршин, Аясларское дело.
  В огонь и в воду (готов, пойду и т. д.) - о готовности совершить самоотверженный поступок, пожертвовать собой. [Елохов:] Она за тебя и в огонь и в воду готова. Она сейчас за тебя хотела пожертвовать всем своим состоянием. А. Островский, Не от мира сего.
  Из огня да в полымя - из одной неприятности в другую, еще большую.
  Между двух огней - в положении, когда опасность грозит с двух сторон.
  Нет дыма без огня; дыма без огня не бывает см. дым .
  Огнем и мечом - с беспощадной жестокостью, уничтожая все.
  Бояться как огня - очень бояться.
  Днем с огнем не найти (или не сыскать) см. днем .
  Играть (или шутить) с огнем - делать то, что может повлечь за собой неприятные, опасные последствия.
  Подлить масла в огонь см. подлить .
  Предать огню и мечу см. предать .
  Пройти огонь и воду (и медные трубы) - многое испытать в жизни; иметь сложное небезупречное прошлое.

Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. - 4-е изд., стер. - М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия):